專利名稱：水輔助注射成型設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及塑料成型設備，特別涉及一種水輔助注射成型設備。
背景技術：
注射成型是將粒狀或粉狀的塑料原料加入注射成型機機筒，塑料在熱和機械剪切力的作用下熔融，并通過螺桿的混煉形成較均勻的熔體，隨后在螺桿的推動下，快速注入溫度較低的模具內，很高的壓力使塑料熔體充滿模腔且緊貼模腔壁面，從而得到外形完整、表面優(yōu)質的塑料制件。但是對于一些厚壁及壁厚差異較大的制件，由于塑料的收縮，傳統(tǒng)的注射成型技術不能生產出表面優(yōu)質的該類制品。目前一般采用氣體輔助注射成型技術生產該類制品。但是由于氣體(一般為氮氣)比熱容低，因此生產效率比較低，且存在內壁容易形成氣泡、拐彎處周向壁厚差異大等缺點。為了克服上述缺點，現(xiàn)在發(fā)展出水輔助注射成型技術。水輔助注射成型技術是首先向模腔內注入一定量熔體，然后向熔體內注入一定壓力的水，水前緣會形成一高度粘性膜，這個高度粘性膜推動熔體向前運動，使制件內部形成中空；同時推動塑料緊貼模壁表面；水在水道內保壓，使制件從內外壁同時冷卻；將水排出、回收；模具打開，取出制件。
到目前為止，關于水輔助注射成型技術已經形成幾種設備。美國發(fā)明專利(US 6,769,894)提供了一種典型的水輔助注射成型裝置，其結構如圖1所示，首先往模腔10填充部分塑料熔體8，水箱2中的工業(yè)用水由水泵3、截止閥12、三通閥6、6′注入塑料熔體8中，這樣在塑料熔體8中形成一充滿水的腔9，當腔9形成后，通過儲能器5及水泵3共同作用進行保壓；三通閥6接通水箱導管，一氣針刺入腔9，通過介質管17導入空氣，使腔9內水經由水箱導管排出。水的流量通過水泵3和可以調整轉速的馬達4調整，所述儲能器5由于僅需對注射壓力的波動進行調節(jié)使壓力平穩(wěn)，所以其采用的是小容量的儲能器，這種儲能器不能作為水輔助注射成型主要的高壓水源(水輔助注射成型所需高壓水主要由水泵提供)。這套裝置的缺點主要包括(1)由于注水流量直接由水泵控制，這樣水泵的流量一定要大于水輔助注射成型所要求的最高流量，因此必須利用大功率高壓泵才能滿足要求，而大功率高壓泵存在結構復雜、造價高、部件容易損壞、維修成本較高的缺點，不利于生產實施；(2)同時由于該裝置通過可以調整轉速的馬達控制水泵(一般為柱塞泵)的轉速來調節(jié)注水流量，造成壓力不能準確控制，對所成型制件的性能產生不利的影響；(3)現(xiàn)有的這種設備沒有利用在一個注射成型周期內，注水時間只占成型周期的很小一部分的特點，作用流程設置不合理，因而存在生產成本高、作用效率低的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種結構簡單、作用流程合理、設備投資少、可準確控制注水壓力，并對所成型的產品規(guī)格尺寸限制較少的水輔助注射成型設備。
本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)一種水輔助注射成型設備，包括高壓水形成裝置、模具、排水裝置，所述高壓水形成裝置、排水裝置與模具相連接，其特征在于所述高壓水形成裝置包括小流量水泵、大容量儲能器、比例減壓閥，所述小流量水泵與大容量儲能器相連接，大容量儲能器與比例減壓閥相連接，所述比例減壓閥與模具相連接。
所述大容量儲能器的公稱容積大于63升；較小容量的儲能器不能提供水輔助注射成型所需的穩(wěn)定水壓。
所述小流量水泵的額定流量可以選用水輔助注射成型要求的最高流量的1/10～1/5。
本水輔助注射成型設備包括壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)主要包括比例減壓閥、壓力傳感器、數(shù)/模轉換器、計算機、模/數(shù)轉換器，所述比例減壓閥與數(shù)/模轉換器相連接，數(shù)/模轉換器及模/數(shù)轉換器分別與計算機相連接，所述壓力傳感器與模/數(shù)轉換器相連接。
本水輔助注射成型設備包括溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)包括加熱器、數(shù)/模轉換器、計算機、模/數(shù)轉換器、溫度傳感器，所述溫度傳感器設置于注水入模具的注水噴嘴前，溫度傳感器、加熱器分別通過數(shù)/模轉換器及模/數(shù)轉換器與計算機相連接，加熱器設置于注水管路中，一般位于注水截止閥之前。因為水輔助注射成型制品性能與注入水的溫度有明顯的關系，采用本溫度控制系統(tǒng)可準確地控制注入水的溫度，從而獲得高性能的制品。
本水輔助注射成型設備還包括控制流路，所述控制流路可為控制氣路或控制油路，所述控制氣路或控制油路與比例減壓閥、截止閥(包括注水截止閥、排水截止閥等)相連接。
所述控制氣路包括空氣壓縮機、空氣過濾器、溢流閥、電磁閥，所述空氣壓縮機、空氣過濾器、溢流閥、電磁閥依次連接，所述電磁閥與所述截止閥(包括注水截止閥、排水截止閥等)相連接；同時，控制氣路的空氣壓縮機、空氣過濾器、溢流閥可通過排水氣路截止閥與模具相連接，與氣針、排水管路一起構成排水裝置，實現(xiàn)排水功能。
所述控制油路包括油泵、溢流閥、電磁閥，所述油泵通過溢流閥與電磁閥相連接，所述電磁閥與所述截止閥(包括注水截止閥、排水截止閥等)相連接；對于這種情況，可另設一排水裝置，包括空氣壓縮機、溢流閥、儲能器、排水氣路截止閥，所述空氣壓縮機、溢流閥、儲能器、排水氣路截止閥依次連接，所述排水氣路截止閥與模具相連接，與氣針、排水管路一起構成排水裝置，實現(xiàn)排水功能。
本發(fā)明的作用原理是本水輔助注射成型設備利用小流量水泵的連續(xù)運轉將高壓水注入大容量儲能器內，使大容量儲能器內的水的壓力保持在一穩(wěn)定值；然后利用大容量儲能器提供壓力穩(wěn)定的高壓水，并利用比例減壓閥將大容量儲能器提供的穩(wěn)定水壓調整為水輔助注射成型所需的周期變化的水壓；因為在水輔助注射成型的一個成型周期內，在正常情況下，僅有不到10％的時間用于注水，而在其它時間內，注水設備處于空閑狀態(tài)，在本發(fā)明中，根據(jù)水輔助注射成型這個特點，采用一小流量水泵(流量可為水輔助注射成型所需最大流量的10％)將高壓水注入大容量儲能器內，通過比例減壓閥及閉環(huán)控制系統(tǒng)的作用，完成對水的壓力、壓力升降速度和相應時間的準確控制，克服以往方案中壓力控制準確度低的缺點。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果(1)結構簡單；本水輔助注射成型設備不需采用現(xiàn)有結構復雜的大功率高壓泵(水泵流量一定要大于水輔助注射成型所要求的最高流量)，僅利用小流量水泵(流量可為水輔助注射成型所需最高流量的10％)即可實現(xiàn)，因而可大大降低設備的造價、體積及維修費用，同時可明顯降低設備的故障率；(2)控制準確；本發(fā)明采用壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)對水的壓力、壓力升降速度和相應時間的準確控制；并利用溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)溫度的準確控制，可較好地保證所生產制品的性能穩(wěn)定性；(3)作用流程合理；本水輔助注射成型設備克服了現(xiàn)有技術中注水設備大部分時間處于空閑狀態(tài)的缺點，充分合理地利用設備連續(xù)穩(wěn)定地進行生產，所采用的設備組合更為合理，在提高生產效率的情況下可有效降低生產成本，經濟效益比較明顯。


圖1是現(xiàn)有水輔助注射成型裝置的結構示意圖。
圖2是本發(fā)明水輔助注射成型設備的結構示意圖。
圖3是圖2所示水輔助注射成型設備的局部具體結構示意圖。
圖4是本發(fā)明水輔助注射成型設備的另一結構示意圖。
圖5是利用本發(fā)明實現(xiàn)的水輔助注射成型的注水壓力曲線圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1圖2～圖3示出了本發(fā)明的具體實施方式
，由圖2可見，本水輔助注射成型設備包括小流量水泵18、大容量儲能器19、比例減壓閥20、模具21、注水截止閥22、排水截止閥23、排水氣路截止閥24-1和24-2、壓力傳感器25、數(shù)/模轉換器26、計算機27、模/數(shù)轉換器28、加熱器29、溫度傳感器30、低壓氣體形成裝置31、低壓氣體儲存器32、模溫機33；所述小流量水泵18與大容量儲能器19相連接，大容量儲能器19與比例減壓閥20相連接，所述比例減壓閥20通過加熱器29及注水截止閥22與模具21相連接；所述比例減壓閥20與數(shù)/模轉換器26相連接，數(shù)/模轉換器26及模/數(shù)轉換器28分別與計算機27相連接，所述壓力傳感器25與模/數(shù)轉換器28相連接；同時，溫度傳感器30、加熱器29分別通過數(shù)/模轉換器26及模/數(shù)轉換器28與計算機27相連接，所述溫度傳感器30設置于注水入模具21的注水噴嘴34前，所述加熱器29設置于注水截止閥22之前的注水管路中；所述排水截止閥23位于與模具21相連接的排水管路中；所述低壓氣體形成裝置31與低壓氣體儲存器32相連接，所述低壓氣體儲存器32通過排水氣路截止閥24-1和24-2與模具21相連接。所述低壓氣體形成裝置31的結構具體見圖3，所述低壓氣體形成裝置31包括依次連接的空氣壓縮機31-1、空氣過濾器31-2、溢流閥31-3、空氣壓力表31-4、壓力開關31-5，溢流閥31-3同時與低壓氣體儲存器32相連接；模溫機33與模具21相連接；所述大容量儲能器19的公稱容積大于63升；所述小流量水泵18的額定流量為水輔助注射成型要求的最高流量的1/10～1/5。
本發(fā)明的作用過程是低壓氣體形成裝置31產生的氣體儲存于低壓氣體儲存器32中，從低壓氣體儲存器32中出來的氣體經排水氣路截止閥24-1后分為四路一路用于驅動比例減壓閥20；一路經電磁閥35-1驅動排水截止閥23；一路經電磁閥35-2驅動注水截止閥22；一路通過排水氣路截止閥24-2后進入制品內部用于排出制品內部的水。小流量水泵18將高壓水注入大容量儲能器19，在注水時，大容量儲能器19內的高壓水經比例調壓閥20調壓后注入模具21的塑料熔體內。計算機27將使用者設置的輸出信號(壓力、溫度)經數(shù)/模轉換后進入比例減壓閥20及加熱器29控制端；溫度傳感器30經模/數(shù)轉換后反饋到計算機27，形成溫度閉環(huán)控制，計算機27收到反饋信號，根據(jù)設定程序控制加熱器29，實現(xiàn)注水溫度的準確控制；壓力傳感器25經模/數(shù)轉換后反饋到計算機27，形成壓力閉環(huán)控制，計算機27收到反饋信號，根據(jù)設定程序控制比例減壓閥，實現(xiàn)注水壓力的準確控制；模溫機33可以根據(jù)需要控制模具21的溫度；由大容量儲能器19排出的水通過注水噴嘴34進入模具21的塑料熔體內部，在塑料熔體內部形成一空腔；待熔體空腔成型完畢后，打開排水截止閥23、排水氣路截止閥24-2，空氣通過氣針36進入制件內腔并排出空腔內的水，從而完成水輔助注射過程。感應開關37可接受來自注射成型機38的信號，并輸入計算機27，自動啟動注水過程。
在利用本發(fā)明實現(xiàn)的水輔助注射成型過程的壓力控制中，典型的壓力曲線如圖5所示水進入塑料熔體內時，需要快速形成中空結構，工藝上要求水壓緩慢提高(如圖5中的a-b段)，壓力提高到一定大小后，進行短暫保壓(如圖5中的b-c段)，接著壓力迅速上升(如圖5中的c-d段)，然后進行保壓、降壓、再保壓、降壓(如圖5中的d到i段)。利用本發(fā)明可以準確地實現(xiàn)水輔助注射成型過程需要的壓力曲線，滿足水輔助注射成型工藝的特殊要求。
實施例2圖4示出了本發(fā)明另一種具體實施方式
，由圖4可見，本水輔助注射成型設備包括小流量水泵18、大容量儲能器19、比例減壓閥39、模具21、注水截止閥40、排水截止閥41、壓力傳感器25、數(shù)/模轉換器26、計算機27、模/數(shù)轉換器28、加熱器29、溫度傳感器30、油泵42、溢流閥43、模溫機33、空氣壓縮機44、氣體溢流閥45、低壓氣體儲存系統(tǒng)46、氣體截止閥47；所述小流量水泵18與大容量儲能器19相連接，大容量儲能器19與比例減壓閥39相連接，所述比例減壓閥39通過加熱器29及注水截止閥22與模具21相連接；所述比例減壓閥39與數(shù)/模轉換器26相連接，數(shù)/模轉換器26及模/數(shù)轉換器28分別與計算機27相連接，所述壓力傳感器25與模/數(shù)轉換器28相連接；同時，溫度傳感器30、加熱器29分別通過數(shù)/模轉換器26及模/數(shù)轉換器28與計算機27相連接，所述溫度傳感器30設置于注水噴嘴34前，所述加熱器29設置于注水截止閥40之前的注水管路中；所述排水截止閥41位于與模具21相連接的排水管路中；所述油泵42與比例減壓閥39相連，通過電磁閥48-1及48-2分別與注水截止閥40與排水截止閥41連接?？諝鈮嚎s機44通過氣體溢流閥45、低壓氣體儲存系統(tǒng)46、氣體截止閥47與模具21相連接；模溫機33與模具21相連接。
本發(fā)明的作用過程是空氣壓縮機44產生的氣體通過氣體溢流閥45儲存于低壓氣體儲存系統(tǒng)46中，油泵42產生的油分為三路一路用于驅動比例減壓閥39；一路經電磁閥48-2驅動排水截止閥41；一路經電磁閥48-1驅動注水截止閥40；小流量水泵18將高壓水注入大容量儲能器19，在注水時，大容量儲能器19內的高壓水經比例減壓閥39調壓后注入模具21的塑料熔體內。計算機27將使用者設置的輸出信號(壓力、溫度)經數(shù)/模轉換后進入比例減壓閥39及加熱器29控制端；溫度傳感器30經模/數(shù)轉換后反饋到計算機27，形成溫度閉環(huán)控制，計算機27收到反饋信號，根據(jù)設定程序控制加熱器29，實現(xiàn)注水溫度的準確控制；壓力傳感器25經模/數(shù)轉換后反饋到計算機27，形成壓力閉環(huán)控制，計算機27收到反饋信號，根據(jù)設定程序控制比例減壓閥39，實現(xiàn)注水壓力的準確控制；由大容量儲能器19排出的水通過注水噴嘴34進入模具21內的塑料熔體中，在塑料熔體內部形成一空腔；待熔體空腔成型完畢后，打開排水截止閥41、排水氣路截止閥46，空氣通過氣針36進入塑料熔體內并排出空腔內的水，從而完成水輔助注射過程。感應開關37可接受來自注射成型機38的信號，并輸入計算機27，自動啟動注水過程。
實施例1與實施例2的區(qū)別特征為實施例1比例減壓閥、注水水路截止閥及排水水路截止閥均為氣控的，而實施例2比例減壓閥、注水水路截止閥及排水水路截止閥均為液控的。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種水輔助注射成型設備，包括高壓水形成裝置、模具、排水裝置，所述高壓水形成裝置、注射成型機、排水裝置與模具相連接，其特征在于所述高壓水形成裝置包括小流量水泵、大容量儲能器、比例減壓閥，所述小流量水泵與大容量儲能器相連接，大容量儲能器與比例減壓閥相連接，所述比例減壓閥與模具相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的水輔助注射成型設備，其特征在于所述大容量儲能器的公稱容積大于63升。
3.根據(jù)權利要求1所述的水輔助注射成型設備，其特征在于所述小流量水泵的額定流量為水輔助注射成型要求的最高流量的1/10～1/5。
4.根據(jù)權利要求1所述的水輔助注射成型設備，其特征在于包括壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)包括比例減壓閥、壓力傳感器、數(shù)/模轉換器、計算機、模/數(shù)轉換器，所述比例減壓閥與數(shù)/模轉換器相連接，數(shù)/模轉換器及模/數(shù)轉換器分別與計算機相連接，所述壓力傳感器與模/數(shù)轉換器相連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的水輔助注射成型設備，其特征在于包括溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，所述溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)包括加熱器、數(shù)/模轉換器、計算機、模/數(shù)轉換器、溫度傳感器，所述溫度傳感器設置于注水噴嘴前，溫度傳感器、加熱器分別通過數(shù)/模轉換器及模/數(shù)轉換器與計算機相連接，加熱器設置于注水截止閥之前的注水管路中。
6.根據(jù)權利要求1所述的水輔助注射成型設備，其特征在于包括控制流路，所述控制流路為控制氣路或控制油路，所述控制氣路或控制油路與比例減壓閥、截止閥相連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的水輔助注射成型設備，其特征在于所述控制氣路包括空氣壓縮機、空氣過濾器、溢流閥、電磁閥，所述空氣壓縮機、空氣過濾器、溢流閥、電磁閥依次連接，所述電磁閥與所述截止閥相連接；所述空氣壓縮機、空氣過濾器、溢流閥通過排水氣路截止閥與模具相連接。
8.根據(jù)權利要求6所述的水輔助注射成型設備，其特征在于所述控制油路包括油泵、溢流閥、電磁閥，所述油泵通過溢流閥與電磁閥相連接，所述電磁閥與所述截止閥相連接。
9.根據(jù)權利要求8所述的水輔助注射成型設備，其特征在于包括排水裝置，所述排水裝置包括空氣壓縮機、溢流閥、儲能器、排水氣路截止閥，所述空氣壓縮機、溢流閥、儲能器、排水氣路截止閥依次連接，所述排水氣路截止閥與模具相連接。
全文摘要
一種水輔助注射成型裝設備，包括高壓水形成裝置、模具、排水裝置，高壓水形成裝置、注射成型機、排水裝置、與模具相連接，所述高壓水形成裝置包括小流量水泵、大容量儲能器、比例減壓閥，小流量水泵與大容量儲能器相連接，大容量儲能器與比例減壓閥相連接，比例減壓閥與模具相連接。本發(fā)明結構簡單、故障率低、作用流程合理、設備投資少，較好地保證所生產制品的性能穩(wěn)定性，可用于生產各種不同規(guī)格的制件，適合在工業(yè)生產中大規(guī)模地推廣使用。
文檔編號B29C45/17GK1817610SQ20061003401
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權日2006年3月3日
發(fā)明者黃漢雄, 曲杰 申請人:華南理工大學